JPS6180888A - 化合物半導体の評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化合物半導体のｉｉ’ｌ’価方法に係わる。

−〔従来の技術〕 化合物半導体、例えばΔＩＧａＡＳ系半導体は、レーザ
ーダイオード、発光ダイオード、晶速スイッチング素子
等各種半導体装置に用いられている。

例えば半導体レーザーについて説明すると、第３図にボ
すように、例えばｎ型のＧａＡｓ基板（１）上にｎ型の
＾ｌＧａＡｓ化合物半導体より成る第１クラット層（２
）と、ｎ型またはｐ型のＧａＡｌＡｓ化合物半導体より
成る活性層（３）と、ｐ型のＡ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ化
合物半導体より成る第２クラッド層（４）の上層部を構
成する１・間第２クラッド層（４八）と、ＧａＡｓ化合
物半導体層より成る光吸収層（５）と−Ｆ層第２クラッ
ド層と同組成の化合物半導体より成り第２クラッド層（
４）の上層部を構成する上層第２クラッド層（４Ｂ）と
、ｐ型のＧａＡｓより成るキャップ層（６）とが設けら
れて成る。

（７）はキャップｊ響（６）の表面を覆って形成した絶
縁層でこれに穿設した電極窓（７ａ）を通じて一方の電
極（８）がキャップ層（６）にオーミックに被着される
。

また、基板（１１の裏面に他方の電極（９）がオーミッ
クに被着される。

第１及び第２クラッド層（２）及び（４）は、活性１日
（３１に比し、ＡＩの添加量が大に選定されてそのエネ
ルギーハンドギャップ（禁Ｗ帯幅）が活性層（３）のそ
れより大とされ、光吸収１餐＋５１は活性層（３）に比
し、そのＡＩの添加量を小にするか前述したようにＡＩ
を含まないＧａＡｓＪｆｉによって構成してそのエネル
ギーバンドギャップが活性層（３）のそれより小とし、
活性層（３）からの光吸収層（５）に滲み出た光がこの
光吸収ｒ＠１５１によって吸収されるようになされてい
る。

このようにして、電極（８）及び（９）間に順方向電圧
を印加することによっ−ζ、活性層（３）にその上下の
第１及び第２クラッドＭ（２１及び（４）によって光と
キャリアの閉じ込めを行わしめると共に、光吸収層（５
）の存在する部分］・と存在しない部分下とで実効的屈
折率の差を形成して光の閉じ込めを行うようにしている
。

この場合、各層（２）〜（６）は、夫々エピタキシャル
成長によって形成するものであるが、上述の構成におい
て光吸収層（５）は活性層（３）の発光領域を形成する
部分以外に限定的に形成する必要があることから、その
製造に当っ°ζば、先ず、第４図に示すように、基板（
１）上に、第１クラツドＩ背（２）、活性層（３）、下
層の第２クラッド１ｍ　（４Ａ）　、及び光吸収層（５
）を順次全面的にエピタキシーし、その後、第５図に示
すように、光吸収層（５）に対して例えばフォトエツチ
ングを行って不要部分を除去して所要のパターンとし、
その後、第３図にボしたように、上層第２クラツドＩｔ
ｅｔ（４Ｂ）とキャップ層（６）のエピタキシーを行う
。この場合上層クラッドｍ（４Ｂ）が光吸収ｌｅｔ　（
５１が取り除かれた部分におい一ζは、）層クラッド）
Ｗ（４Ａ）上に直接的にエピタキシーされるようにして
いる。したがって、この場合、−上層クラッド層（４Ａ
）の、光吸収ｌ１ｉｉ（５）がとり除かれた部分は、一
旦外気に曝されるとかエツチング等の他の工程を経るた
めに、その製造工程、作業工程等に不都合がある場合、
その）層クラッド層（４Ａ）の外部に露呈した表面が酸
化されるとか汚損され、これの上にエピタキシーされる
上層クラ゛・ドＦｉ（４Ｂ）の結晶性を低下させるとか
・上下両　　　　　１クラッド層（４Ａ）及び（４Ｂ）
間の界面の結晶性を低下させる場合がある。このような
表面酸化は、酸化され易いＡＩの添加量が多い場合、よ
り顕著となる。したがって、このような不都合は、予め
排除されることが望まれ、これがため、その製造装置、
作業工程によって予め試料の作製を行って、半導体層間
の界面の結晶性や、成長半導体層の結晶性などの評価を
行うことが望まれる。

この種の評（ｉ［ｉの方法としては、ＤＬＴＳ　（Ｄｅ
ｅｐ　ＬｅｖｅｌＴｒａｎｓｉｅｎｔ　５ｐｅｃｔｒｏ
ｓｃｏｐｙ）法が知られている。このＤＬＴＳ法におい
ては、第６図に不ずように、ｎ型のＧａＡｓ基板（２１
）上に、ｎ型のへ１ＧａＡｓ層（２２）を形成し、これ
を外気に曝す工程を経て後、これの上にｎ型のＧａＡｓ
またはｎ型のへ１ＧａＡｓ層（２３）を形成し、このＧ
ａＡｓまたはＡ　１−ＧａＡｓ基板　（２３）上にこれ
に対しショットキー接合（２４）を形成するショットキ
ー電極（２５）を被着し、基板の裏面にオーミックに他
方の電極（２６）を被着した試料（２７）を作製する。

この場合、この試７４（２７）のＩｊｆ（２２）及び（
２３）間の界面（２８）と、層（２３）の結晶性をＩｊ
ｆ価しようとするものである。この場合、両電醜（２５
）及び（２６）間に逆方向電圧を印加して、ショットキ
ー接合（２４）からの空乏層の広がりが被測定界面（２
８）に達するようにする。その後、電圧印加を排除して
容量測定を行って、界面（２８）の深いトラップ準位に
トラップされたキャリアの解放を測定してトラップの量
とエネルギーの測定を行うものである。

ところが、このような方法による場合、この試料（２７
）自体が、いわばショットキーダイオードとしての完成
品とされる必要があり、電極の被着形成、キャンシール
などの製造の手間を要し、その上にその測定結果を得る
に１〜２日間を要するという即応性に欠けるものである
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように従来の評価方法ではその評価のための試
料自体の作製に多くの手間を必要とし、即応的にその評
価の結果を知ることできないという問題点を有する。

本発明は、このような問題を解消するものである。

Ｌ問題点を解決するための手１々〕 本発明は、基板上に、　ＡｌＸＧａニーＸＡＳより成る
第１の化合物半導体層と、これと同導電型のＡ１ｙＧａ
エーアＡｓより成る第２の化合物半導体層と、更にこれ
と同導電型のＡＩＺ　Ｇａ１−２　八ｓより成る第３の
化合物半導体層とを順次成長させ、上記ｘ、　　ｙ及び
２が、　−〇≦ｙ≦ｘ、ｚに選ばれて成る試料を作製し
、第１．２及び第３の各化合物半導体層のエネルギーバ
ンドギャップをＥＧ１＋　　ＥＧ２及びＥＧＩとすると
き、そのエネルギーＥしが、ＥＧ２＞ＥＬ　＞ＥＧｌ、
　ＥＧｌの励起光を試料の第３の化合物半導体層側から
照射して試料のフォトルミネセンス光を測定するいわゆ
るＰＬ測定法によって第１及び第２の半導体Ｈの界面の
結晶性を評価するものである。

〔作用〕

上述したように本発明によれば、結晶性の評価をするに
、評価のための試料を作製し、これの結晶性を評価する
ごとによって、例えばこの試料を作製した装置、作業工
程の良否の判断を行うことができるが、特に本発明によ
れば、その試料をＰＬ測測定結晶性の評価を行うことが
できるようにしたので、電極の被着形成、キャンシール
等が不要になり、手軽に能率良く、また即応的にその評
価を行うことができる。

〔実施例〕

第１図及び第２図を参照して本発明の詳細な説明するに
、本発明においては、第１図に示すように、基＆（３０
）上に、ｐ型またはｎ型の＾ｌｘ　Ｇａｔ−ｘ　Ａｓよ
り成る第１の化合物半導体Ｎ　（３１）をエピタキシャ
ル成長し、その後、一旦外気に曝して、その後、表面処
理、すなわち、りん酸と過酸化水素水と混合エツチング
液によりエツチングし、これの上にこれと同導電型の＾
ｌｙ　Ｇａ５−ｙ　Ａｓより成る第２の化合物半導体層
（３２）と、更にこれと同導電型の＾１ｚＧａ１−２＾
３より成る第３の化合物半導体ｆｆｒ（３３）とを順次
エピタキシャル成長させ、各ｓ　（３１）〜（３３）の
各組成のＡＩの添加量ｘ、　　ｙ及び２が、０≦ｙ≦ｘ
、ｚに選んだ試料（３４）を作製する。

すなわち、各層（３１）　、　　（３２）及び（３３）
の夫々　　　　　　１のエネルギーバンドギャップをＥ
　ＧＡ　＋　Ｅ　Ｇ２及びＥＧｌとするとき、ＥＧ２≦
ＥＧ１．　　ＥＧｌとする。

ここに、第２の化合物半導体層（３２）の厚さは、例え
ば１０００〜３０００人程度に選定する。

各Ｐｔ（３１）〜（３２）は、夫々測定目的に対応する
方法、装置によって形成する。すなわち、例えば第３図
で説明したような半導体レーザーの製造−におけるｉ・
ト価を目的とする場合は、この半導体レーザーの製造に
用いる方法、装置、例えばＭＯＣＶＤ（ＭｅＬａｌｏｒ
ｇｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）　％或いはＭ　Ｂ　Ｅ　（Ｍｏｌｅｃｕ
ｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘい等によって形成し、
第１の化合物半導体層（３１）のエピタキシャル成長後
に、−Ｌｌこれを外気に曝し、その後筒２及び第３の化
合物半導体層（３２）及び（３３）をエピタキシャル成
長させる。

そして、この試料（３４）の第１及び第２の化合物半導
体層（３１）及び（３２）の界面（３５）と、第２の化
合物半導体装置（３２）の各結晶性の評価を行う。

この評価は、試料のフォトルミネセンス特性測定（ＰＬ
測測定によってなされる、このＰＬ測測定、周知の方法
によることができる。第２図は、このＰＬ測測定を不す
もので、（４１）は励起光源、例えばレーザー光源、（
４２）はチョッパー、（４３）は分光器、（４４）はデ
ィテクター、（４５）はロックインアンプ、（４６）は
レコーダで、光源（４１）からの励起光（４７）を試料
（３４）に照射し、これより発光させたルミネセンス光
（４８）を測定する。

この場合の測定は、室温で行うことができる。励起光の
エネルギーＥＬ　（＝ｈν）は ＥＧ２　＞　Ｅ　Ｌ　＞　ＥＧ工、ＥＧｌに選定する。

このような方法によれば、試料（３４）に照射させた励
起光は、そのエネルギーＥＬが、第３の化合物半導体Ｍ
（３２）のエネルギーギャップより大で、第１の化合物
半導体ｍ（３１）のそれより小に選ばれていることによ
って、第３半導体層（３３）においては、殆んど吸収さ
れることなく第２の化合物半導体層（３２）に達しここ
に吸収されＰＬ光（４４）の発光を生ずる。このＰＬ光
（４４）の発光強度は第１及び第２の半導体層（３１）
及び（３２）の界面（３５）と第２の半導体層（３２）
の結晶性を強く反映するので、この発光強度の測定によ
ってこれらの結晶性を評価することができる。

尚、この測定を、例えば液体Ｈｅ、液体Ｎ２による低温
測定で行うことによって第２の半導体層（３２）におけ
る界面（３５）の結晶性の影響を受６Ｊた不純物分布を
測定することができ、これによって、間接的に界面評価
を行うこともできる。

尚、上述の試料（３４）において、その第２の化合物半
導体層（３２）は、その厚さをＰＬ発光が生じる１￥さ
以上で、しかも界面（３５）の結晶性を失うことのない
程度の厚さの前述した１０００〜３０００人ｋＷ度に選
定しておく。

また、試料（３４）の第１〜第３の半導体層（３１）〜
（３３）はｎ型若しくはｐ型のいずれか一方の互いに同
導電型とすることが望ましい。これはｐ−ｎ接合による
フォトルミネセンスに比し、ｐ−ｐ、若しくはｎ−ｎに
よるそれの方が、強い励起パワーの領域では、大きな発
光強度が得られることによる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明方法によれば、評価試料（３４）
において、ショットキー電極を設けたり、キャンシール
等を施すことなく、また直ちに評価結果を知ることがで
きるので、ＩＩＩ応性と、手間の改善が良好にはかられ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による化合物半導体の０・ト価方法に用
いる試料の一例の路線的拡大断面図、第２図はその測定
系の構成図、第３図は本発明方法の説明に供する半導体
レーザーの一例の路線的拡大断面図、第４図及び第５図
はその望造工稈図、第６図は従来の評価方法の測定用試
料を示す拡大路線的断面図である。 （３４）は試料、（３０）は基板、、　　（３１）〜（
３３）は第１〜第３の化合物半導体層である。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板上に、Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓより成る第
   １の化合物半導体層と、Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓ
   より成る第２の化合物半導体層と、Ａｌ＿ｚＧａ＿１＿
   −＿ｚＡｓより成る第３の化合物半導体層とを順次成長
   させ、、上記ｘ、ｙ及びｚが、０≦ｙ≦ｘ、ｚに選ばれ
   て成る試料を作製し、上記第１、第２及び第３の各化合
   物半導体層のエネルギーバンドギャップをＥ＿Ｇ＿１、
   Ｅ＿Ｇ＿２及びＥ＿Ｇ＿３とするとき、そのエネルギー
   Ｅ＿Ｌが、Ｅ＿Ｇ＿２＞Ｅ＿Ｌ＞Ｅ＿Ｇ＿１、Ｅ＿Ｇ＿
   ３の励起光を上記試料の上記第３の化合物半導体層側か
   ら照射して上記試料のフォトルミネセンス光を測定して
   上記第１及び第２の半導体層の界面の結晶性を評価する
   ことを特徴とする化合物半導体の評価方法。